Mechanismen der Epileptogenese in KCNA2-/SCN2A induzierten Epilepsien

01.01.2021 bis 31.12.2023

Obwohl die Ursachen genetischer Epilepsien als Ionenkanaldefekte identifiziert wurden und funktionelle Studien wichtige erste Einblicke in die Proteindysfunktion enthüllt haben, sind die genauen Pathomechanismen, die der Anfallsentstehung und dem Krankheitsverlauf mit geistiger Behinderung und anderen entwicklungsbedingten Beeinträchtigungen bei diesen Epilepsien zugrunde liegen, noch unbekannt. In der 1. Förderperiode untersuchten wir die Pathophysiologie von Loss- und Gain-of-Function (LOF/GOF)-Varianten im KCNA2-Gen, die den spannungsabhängigen K+-Kanal KV1.2 kodiert, und einer GOF-Variante im SCN2A-Gen, die den spannungsabhängigen Na+-Kanal NaV1.2 kodiert. Mittels in utero Elektroporation/Transduktion zur Überexpression der KV1.2-WT, -R297Q (GOF) oder P405L (LOF) Varianten in kortikalen Layer 2/3 Neuronen, kortikalen inhibitorischen Neuronen und in adult-geborenen Neuronen des Riechkolbens konnten wir eine Beeinträchtigung der Zellmigration und Morphogenese aufgrund erhöhter K+ Kanalfunktion identifizieren. Wir konnten zeigen, dass die erhöhte Kanalfunktion zur Reduktion der Feuerungsrate im Vergleich zur Kontrolle führte. Dabei führte die Überexpression der mutierten KV1.2-LOF-Untereinheiten (UE), nicht aber, wie erwartet, die Überexpression der KV1.2-WT- oder -GOF-UE, zu einer Erhöhung der Nachhyperpolarisation innerhalb einer Salve von APs. Basierend auf unseren Daten und denen unserer Kollaborationspartner stellen wir die Hypothese auf, dass eine abnorme Migration, Differenzierung und Morphogenese exzitatorischer Pyramidenzellen und Interneuronen und damit auch eine Fehlverdrahtung der sich entwickelnden neuronalen Netzwerke die Schlüsselmechanismen der Epileptogenese bei genetischen Epilepsien sind. In diesem Projekt werden wir diese Hypothese in knock-in- (KI) und induzierbaren Mausmodellen genetischer Epilepsien testen. Wir werden die Pathophysiologie von Loss- und Gain-of-Function (LOF/GOF)-Varianten im KCNA2-Gen, und, einer GOF-Variante im SCN2A-Gen, und einer LOF-Variante im HCN1-Gen, welches für den hyperpolarisationsaktivierten zyklischen Nukleotid-abhängigen Kanal 1 kodiert, untersuchen. Doxycyclin-induzierbare Kcna2-GOF- und -LOF-Mausmodelle, ein Scn2a-KI-Mausmodell sowie Hcn1-KI Mäuse werden verwendet, um (i) den kritischen Zeitraum für die Epileptogenese zu identifizieren, (ii) Veränderungen in Migration, Differenzierung und Morphogenese sich entwickelnder Neurone zu beschreiben, die durch SCN2A- und KCNA2- Varianten verursacht werden, (iii) die Netzwerkdysfunktion in Scna2-, und Kcna2-Mausmodellen zu charakterisieren und (iv) neue therapeutische Strategien zu testen, die auf frühen pharmakologischen Behandlungen, RNA-Targeting-Antisense-Therapien und dem Targeting von Genen/Pfaden, die an Migration, Differenzierung und Morphogenese beteiligt sind, basieren.